Pengaruh Kecepatan Alir Udara dan Temperatur
T erhadap Perpindahan Massa Padat dan Gas (Disk Naftalen-Udara) Dalam Sistem Kolom Akrilik

## Hadyan Hilman Radifan, Lindawati
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Surya Tangerang, Banten Email: hilmanradifan23@gmail.com

## ABSTRAK
Perpindahan  massa  merupakan  salah  satu  fundamental  penting  yang  harus  dikuasai  oleh  seorang sarjana teknik kimia. Sublimasi, adsorbsi, serta pengeringan merupakan salah satu contoh penerapan dari  perpindahan  massa  padat-dan  gas  di  bidang  Industri.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui pengaruh temperatur dan kecepatan udara terhadap koefisien perpindahan massa padat - gas (sistem disk naftalen – udara) dalam sebuah kolom akrilik silinder. Penelitian dilakukan dengan metode observasi. Variasi yang digunakan untuk temperatur adalah 318K; 330K dan 348K dan untuk kecepatan  alir  udara  adalah  1,840  m/s;  3,620  m/s;  dan  4,980  m/s.  Hasil  observasi  menunjukkan bahwa peningkatan kecepatan udara dan suhu yang masuk ke dalam sistem kolom akan menyebabkan peningkatan nilai terhadap koefisien perpindahan massa padat-gas (K G ).
Kata kunci: Perpindahan Massa, Padat-Gas, Temperatur, Kecepatan Udara

## ABSTRACT
Mass transfer is one of the fundamental knowledge that must be mastered by a bachelor in chemical engineering. Sublimation, adsorption, and drying are examples of the application of solid-gas mass transfer in the industrial fields. The purpose of this study was to determine the effect of temperature and  air  velocity  on  the  coefficient  of  solid  -  gas  mass  transfer  (disc  naphthalene-air  system)  in  a cylindrical  acrylic  column.    The  air  flow  temperature  used  are  318K;  330K  and  348K  with  the  air velocity of 1,840 m/s; 3,620 m/ s; and 4,980 m/s. The research was done by observation method. The observation results show that the increase of air velocity and temperature entering the column system will cause the increase of value to the solid-gas mass transfer coefficient (K G )
Keywords: Mass Transfer, Solid- Gas, Temperature, Air Velocity

## 1. PENDAHULUAN
Ketika sebuah materi memiliki konsentrasi yang lebih tinggi pada sebuah sistem maka materi tersebut akan memiliki kecenderungan untuk berpindah ke sistem lain yang memiliki konsentrasi lebih rendah. Fenomena ini disebut dengan fenomena difusi. Difusi merupakan fenomena perpindahan massa yang sering  atau  umum  ditemui  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Fenomena  perpindahan  massa  sendiri merupakan  sebuah  fenomena  yang  bersifat  aplikatif  dan  memiliki  peranan  penting  di  seluruh  proses industri.
Selain  diaplikasikan  pada  proses  industri,  perpindahan  massa  sendiri  sering  kita  temukan  dalam kehidupan  sehari-hari  salah  satunya  adalah  penggunaan  kapur  barus  untuk  menghilangkan  bau  apek dan  jamur  dalam  ruangan.  Naftalena  yang  semula  terkonsentrasi  pada  kapur  barus  secara  perlahan akan  berpindah  ke  udara  sehingga  akan  mengalami  pengurangan  massa  sehingga  akan  habis  sama sekali  ketika  seluruh  kandungan  naftalen  yang  ada  pada  kapur  barus  telah  berpindah  seluruhnya  ke udara. Perpindahan massa jenis ini adalah salah satu contoh dari perpindahan massa pada media padat - gas yang akan menjadi topik dari penelitian ini (Treybal, 1980).
Secara spesifik, fenomena perpindahan massa (termasuk difusi naftalena dari padatan kapur barus ke udara)  dapat  dimodelkan  secara  matematis  ke  dalam  suatu  koefisien  yang  dikenal  sebagai  koefisien perpindahan  massa.  Beberapa  penelitian  telah  melakukan  kajian  terhadap  variabel-variabel  yang mampu  memengaruhi  nilai  koefisien  perpindahan  massa  (naftalena-udara),  seperti  Rodriguez,  dkk. (1998)  dan  Utgikar  (2015).  Kedua  jurnal  tersebut  menghitung  pengaruh  massa  atau  diameter  dari sebuah  komponen  terhadap  koefisien  perpindahan  massa  dari  komponen  naftalena.  Akan  tetapi berdasarkan buku Treybal (1980), selain massa ataupun geometri dari komponen terdapat faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi koefisien perpindahan massa dari komponen tersebut seperti kecepatan alir udara dan temperatur yang masuk dari sistem unit operasi yang digunakan dalam penelitian. Oleh karena  itu  pada  penelitian  ini  penulis  mencoba  untuk  mengetahui  bagaimana  pengaruh  dari  dua variabel tersebut yaitu kecepatan alir udara dan temperatur terhadap nilai koefisien perpindahan massa padat-gas.
Selain itu, fokus lain dari penelitian ini adalah untuk membuat sebuah design alat operasi teknik kimia yang  dapat  digunakan  dalam  pengaplikasian  konsep  perpindahan  massa  padat-gas.  Di  mana  pada penelitian ini akan dilakukan modifikasi terhadap sebuah kolom akrilik yang telah ada sehingga sistem kolom  tersebut  dapat  digunakan  sebagai  sebuah  modul  praktiku  operasi  teknik  kimia  yang  dapat digunakan  untuk  mengamati  fenomena  perpindahan  massa  padat  dan  gasdalam  suatu  sistem  operasi yang murah, cepat, dan aman.

## 2. METODE PENELITIAN
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Sistem kolom akrilik 1 unit 2. Blower 1 unit 3. Hair Dryer (Phillips) 1 unit 4. Thermocouple 1 unit 5. Anemometer 1 unit 6. Jangka Sorong 1 unit 7. Stopwatch 1 unit 8. Neraca Analitik (Kern) 1 unit
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah naftalena dengan bentuk disk merek Swallow, berwarna putih.
Metodologi penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe eksperimental. Dalam penelitian ini eksperimen yang dilakukan bertujuan untuk mencari pengaruh dari kecepatan udara yang masuk ke dalam  kolom  serta  temperatur  udara  di  dalam  sistem  kolom  terhadap  nilai  koefisien  perpindahan massa dari sistem udara-disk naftalen menggunakan sistem kolom akrilik.
Data  yang  diperoleh  dari  penelitian  ini  adalah  ketebalan  disk  naftalena  per  waktu  (z/t),  temperatur udara dalam kolom akrilik, kecepatan udara yang masuk ke dalam kolom. Berdasarkan data tersebut kemudian dihitung nilai koefisien laju perpindahan massa padat - gas (disk naftalena – udara) dengan persamaan berikut (Utgikar, 2015):
K " = − ρ & 2 M & R " T P y &. dz dt (1)
Di mana: nilai 𝑦 67 diperoleh dari persamaan berikut:
y &8 = P ∗ P (2)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1. Desain alat tanpa hair dryer Skala =1 : 3 20,13c m 1,65cm 19,83c m 0,67cm 3,17c m 0,67 cm 0,67 cm 3,33 cm Anemometer Thermocouple 1,13 cm Ditutup menggunakan alumunium foil dan lakban hitam Blower Valve 1 Tiang Penyangga Kolom Kolom Akrilik Besi Penyangga Sampel Bola Naftalen
Gambar 2. Desain alat dengan hair dryer
Analisis  Pengaruh  Kecepatan  Alir  Udara  dan  Temperatur  Sistem  terhadap  Nilai  Koefisien Perpindahan Massa Disk Naftalena-Udara
Gambar 1 dan Gambar 2 menunjukkan konstruksi alat. Menurut  Utgikar  (2015),  laju  perpindahan massa  disk  naftalena  dapat  dijabarkan  dalam  persamaan berikut  :
2 S K " C & = − <(=) <> (3)
Dengan asumsi bahwa perpindahan massa dari disk naftalena terjadi pada dua circular faces dari disk naftalena (perpindahan massa pada bagian selimut silinder diabaikan), maka:
S = 2𝜋𝑟 B
W = S z C D E D Sehingga:
2 S K " C & = − d FS z ρ & M & G dt (4)
Nilai 𝜌 6 , 𝑀 6 , dan S adalah konstan, sehingga nilai K G dapat diperoleh melalui persaman berikut:
Skala :1 : 3 20, 13c m 1,65cm 19,83c m 0,67cm 3,17c m 0,67c m 0,67 cm 3,33 cm 1,13 cm Hairdryer Blower Thermocouple Anemometer Kolom Akrilik Tiang Penyangga Kolom Valve 2 Valve 1 Ditutup menggunakan alumunium foil dan lakban hitam Penyangga Naftalen Bola Naftalen
K " = − ρ & d( z ) 2 𝑀 6 C & dt (5)
Nilai C A dapat didefinisikan dalam persamaan berikut:
C & = P 𝑦 6L 𝑅 N 𝑇 (6)
Subtitusi persamaan (6)  ke dalam persamaan (5) maka diperoleh persamaan berikut :
K " = − ρ & 2 M & R " T P y &. dz dt (7)
Persamaan (7) akan digunakan untuk memperoleh nilai koefisien perpindahan massa melalui Gambar 3, Gambar 4 dan Gambar 5 berikut ini :
Gambar 3. Garfik penurunan Ketebalan Disk Naftalena pada Temperatur Udara 318 K
Gambar 4. Grafik Penurunan Ketebalan Disk Naftalena pada Temperatur Udara 330 K
Gambar 5. Penurunan Ketebalan Disk Naftalena pada Temperatur Udara 348K
Tabel 1. Nilai Koefisien Perpindahan Massa Naftalena-Udara, K G Kecepatan Udara (m/s) K G ( m/s) T = 318 K T = 330 K T = 348 K 1,840 0,0020 0,0054 0,0206 3,620 0,0035 0,0120 0,0264 4,980 0,0052 0,0154 0,0441
Berdasarkan T abel 1 dapat  dilihat  bahwa  nilai  K G atau  koefisien  perpindahan  massa  padat-gas naftalena-udara  akan  dipengaruhi  oleh  harga  temperatur  udara  dan  kecepatan  udara  yang  masuk  ke dalam  sistem  kolom.  Nilai  koefisien  perpindahan  massa  padat-gas  meningkat  seiring  dengan meningkatnya  kecepatan  alir  udara  serta  kenaikan  temperatur  udara  dalam  kolom.  Efek  kenaikan temperatur  pada  nilai  K G lebih  besar  dibandingkan  dengan  kenaikan  kecepatan  aliran  udara  kolom. Hasil  serupa  diperoleh  dari  penelitian  Curteanu,  dkk  (2014)  yang  menyatakan  bahwa  laju  sublimasi (bola) naftalena di udara kurang dipengaruhi oleh perubahan laju alir udara dibandingkan perubahan kenaikan temperatur udara.
Kecenderungan  yang  diperoleh  pada  penelitian  ini  membuktikan  kebenaran  landasan  teori  yang menjadi  acuan  dari  peneliti  mengenai  variabel  yang  mempengaruhi  nilai  K G berdasarkan  persamaan bilangan Sherwood, dan hubungannya dengan bilangan Reynolds dan bilangan Schmidt:
𝑆 S = 𝐾 N 𝑅𝑇 𝐷 V 𝐷 6W (8)
S Y = α Re \ Sc ^ (9)
Nilai bilangan Reynolds adalah Re = C_ ` a b , sehingga terbukti bahwa nilai K G akan berbanding lurus dengan nilai kecepatan udara pada kolom (v). Selain itu berdasarkan persamaan (7) juga membuktikan bahwa    temperatur  udara  kolom  akan  meningkatkan  nilai  koefisien  perpindahan  massa  padat-gas naftalena.
Hubungan  antara  temperatur  dengan  nilai  difusivitas , 𝐷 6W , dapat  dilihat  pada  persamaan  Wilke-Lee (Treybal, 1980), di mana persamaan Wilke-Lee adalah :
D &e = 10 gh i1.084 − 0,249l1 M & m + 1 M e m o T p B m l1 M & m + 1 M e m P q (r &e ) B ftkT ε &e m w (10)
Nilai 𝐷 6W akan berbanding lurus dengan nilai K G  , sehingga semakin besar nilai D AB maka nilai K G akan semakin besar.
Berdasarkan data hasil penelitian pada tabel di atas, nilai K G terbesar terjadi pada percobaan dengan kecepatan  udara  serta  temperatur  tertinggi.  Sehingga  berdasarkan  persamaan  Wilke-Lee,  kenaikan temperatur akan cenderung meningkatkan nilai D AB . Sehingga berdasarkan persamaan tersebut dapat dibuktikan bahwa hasil penelitian ini adalah benar.

## 4. KESIMPULAN
Pengaruh  kecepatan  udara  dan  temperatur  udara  terhadap  nilai  koefisien  perpindahan  massa  padat  - gas  adalah  berbanding  lurus  sehingga  semakin  tinggi  kecepatan  udara  dan  temperatur  udara  dalam kolom,  maka  nilai  K G akan  semakin  besar.  Alat  serta  metode  yang  telah  didesain  dapat  digunakan sebagai  modul  praktikum  yang  akan  digunakan  untuk  kepentingan  pembelajaran  mengenai  prinsip perpindahan massa padat - gas.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Curteanu, S., Smarandoiu, M., Horoba, D., Leon, F. (2014).  Naphtalene Sublimation: Experiment And  Optimatisation  Based  On  Neuro-Evolutionary  Methodology.  Journal  of  Industrial  and Engineering Chemistry, Vol. 20, p:1608-1611
[2] Rodriguez, J., Hendriquez, V.,  Machin, A. M. (1998). A Simple Experiment For Mass Transfer. Chemical Engineering Education, Vol. 32, No. 2, p: 142-145.
[3] Treybal, R. E. (1980). Mass-Transfer Operations. 3 rd Edition. McGraw-Hill, New York.
[4] Utgikar,  V.  P.  (2015).  Facilitating  Active  Learning  of  Concepts  in  Transport  Phenomena: Experiment  With  A  Subliming  Solid.  Chemical  Engineering  Education,  Vol.  49,  No.  4,  p:  215- 220.